Examen Final - Fisica II

FISICA II

UNIVERSIDAD PRIVADA DEL NORTE (WORKING ADULT)

FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA

CURSO: Física II

CLASE: 717541

INTEGRANTE:

TAIPE VARGAS JOSE CAMILO. FERNANDEZ ALATA GUIDO HECTOR. CHAUPIS ROMERO JORGE EDISSON.

DOCENTE:

CUZCANO ORTIZ GERALD ROGELIO

EXAMEN FINAL - Física II

(Docente: Cuzcano Ortiz Gerald Rogelio) Página 1

https://aulavirtual.upnorte.edu.pe/user/view.php?id=4493&course=1

FISICA II

DEDICATORIA

Este trabajo está dedicado a los estudiantes que tienen como objetivo la superación continua, que día a día luchan por alcanzar sus metas trazadas y un especial agradecimiento a nuestro asesor y guía, Ing. Cuzcano Ortiz Gerald Rogelio , profesora del curso de Fisica, en la Universidad Privada del Norte, al brindarnos las herramientas necesarias para complementar nuestra formación como Ingenieros Industriales.

INTRODUCCIÓN




FISICA II

La física no es una ciencia exacta; si así lo fuera sus ideas permanecerían inalterables con el paso del tiempo. Es extremadamente importante comprender que la física trata de acercarse a una explicación de los fenómenos de la naturaleza de la manera más precisa y simple posible, pero entendiendo que es muy probable que nunca sea capaz de hacerlo más que de manera aproximada. Este recorrido histórico pretende no sólo recopilar los conceptos más importantes en el desarrollo de esta rama de la ciencia, sino además resumir en algunos ejemplos paradigmáticos cómo ocurrió la evolución de este conocimiento.Eso comienza con el desarrollo de la mecánica clásica desde la antigua civilización griega, pasando por Copérnico y Galileo hasta llegar a Newton. El siguiente paso fundamental en la historia de la física lo constituye el de la unificación de los fenómenos eléctricos y magnéticos, que da lugar a la comprensión de la naturaleza de la luz.

LA FISICA EN LOS CRISTALESEn 1903 un químico francés, Edouard Benedictus, “descubrió” el proceso de laminación, de forma totalmente casual. Dejó olvidada una disolución de colodión en un matraz, al evaporarse totalmente, dejó adherida en su interior una película elástica protectora de celuloide, que al romperse el matraz mantuvo unidos sus fragmentos. Esta anécdota proporcionó la idea para la fabricación de los primeros vidrios laminados de seguridad.Pero desde principios de los años 30, cuando DuPont y un grupo de fabricantes y laminadores estadounidenses formaron un consorcio para desarrollar un “cristal de seguridad de alto rendimiento”, no ha habido nada de accidental en la evolución

El presente trabajo se dejara mostrar la participación de la física como ciencia en los procesos de producción de los vidrios.




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LA EMPRESA

CORPORACION MIYASATO S.A.C.

Empresa procesadora y distribuidora más grandes de Vidrio y Aluminio de Sur América, que inició sus actividades en el año 1939. En la actualidad cuenta con 8 locales en Lima entre oficinas, almacenes, tienda y fábrica y una sede en Chile.

Gracias a su política de diversificación, introduce al mercado sus nuevas líneas de productos alternativos para el mundo de la construcción, pensadas en satisfacer las necesidades de una arquitectura en constante evolución de esta manera mantiene su liderazgo en el mercado. En la actualidad, la empresa cuenta con 4 divisiones:

Arquitectura Automotriz Accesorios para Muebles de Madera Distribución

MISION

Corporación Miyasato SAC. Se compromete en brindar productos de alta calidad que satisfagan las necesidades de nuestros clientes en un entorno de constante desarrollo.

VISION

Corporación Miyasato es un grupo humano que trabaja en equipo con una excelente orientación a la calidad y está constantemente en la búsqueda de nuevas alternativas de mejores soluciones que den como resultado la satisfacción a sus clientes.

Corporación Miyasato se ubica en el mercado como líder en tecnología en la industria del vidrio, aluminio y productos complementarios para los sectores de la construcción y automotriz.




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ANÁLISIS DE DESPERDICIO DE MATERIALES EN EL PROCESO DE LAMINADO DE CRISTALES

(CÁLCULO DE VARIACIÓN DE VOLUMEN Y DILATACIÓN)

CASO DE ESTUDIOLa empresa Corporación Miyasato S.A.C., cuenta con la planta de procesos “LAMITEMP” de la división de arquitectura, esta se encarga de procesar los cristales, produce Vidrios Templados, Vidrios Laminados, Vidrios Insulados, Vidrios Curvos, Etc.

El producto de mayor demanda es el Cristal Laminado.

El vidrio laminado de seguridad contiene una resistente interna compuesta por la lámina de Polivinil Butiral, insertada entre dos o más hojas de vidrio que están unidas de forma permanente mediante calor y presión. El resultado es un vidrio laminado con ventajas estéticas y estructurales, y unas propiedades para filtrar rayos UV, control termo acústico, y en definitiva mejora la seguridad y protección de las personas y los bienes. Estos vidrios por lo general se utilizan donde abunda el tránsito de personas como lo son los centros comerciales, las garitas de seguridad, bancos, fachadas, hospitales, entre otros.El vidrio laminado ofrece seguridad para las personas porque en caso de rotura sus fragmentos quedaran adheridos al (PVB), evitando lesiones o caídas a través del agujero. Existe una posibilidad de aumentar las propiedades de seguridad, laminando (si se requiere), varios vidrios flotados, aumentando considerablemente la resistencia a impactos, y permitiéndonos conservar las propiedades de los vidrios laminados.




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PROBLEMÁTICAActualmente la planta de procesos “Lamitemp” se encuentra en constante procesos de mejora, la oportunidad de mejora se presentó detectando analizando los % de merma de Polivinil Botiral.Se observó un alto % de merma del Polivinil Butiral (PVB), cada lote de producción deja un promedio de 13% de merma, debido a esta observación se analizara el proceso y la participación del PVB en cada proceso, se espera concluir los resultados con la posibilidad de optimizar el material para reducir el porcentaje de Merma.

OBJETIVOS

Objetivo GeneralImplementar procedimiento o mejoras para reducir el porcentaje de merma del Polivinil Butiral (PVB) en el proceso de producción, analizar los procesos calculando los cambios físicos que se presentan durante el lamido de los cristales.

Objetivos Específicos

o Identificar la problemática (análisis de procesos)o Implementar procedimiento y mejora de procesoo Optimizar la aplicación del Poilibinil Butiralo Realizar Cálculos en las reacciones físicas.o Establecer parámetros para la instalación del Polivinil Butiral (PVB).




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FUNDAMENTO TEÓRICOCALORIMETRIA

La calorimetría es la ciencia de medir el calor de las reacciones químicas o de los cambios físicos. El instrumento utilizado en calorimetría se denomina calorímetro. La palabra calorimetría deriva del latino "calor". El científico escocés Joseph Black fue el primero en reconocer la distinción entre calor y temperatura, por esto se lo considera el fundador de calorimetría. Todos los cuerpos materiales (sólidos, líquidos y gaseosos) experimentan una dilatación de su volumen cuando aumenta su temperatura interna. Dependiendo de la sustancia, cada una posee diferente comportamiento, el cual se registra con un coeficiente de dilatación específico para cada material. A excepción de los gases, se presentan tres tipos de dilatación para cuerpos sólidos y líquidos:

Fue mediante calorimetría que Joule calculó el equivalente mecánico del calor demostrando con sus experiencias que 4.18 J de cualquier tipo de energía equivalen a 1 caloría.La calorimetría indirecta calcula el calor que producen los organismos vivos mediante su producción de dióxido de carbono y de los residuos de nitrógeno (frecuentemente amoníaco en organismos acuáticos o, también, urea en los terrestres). Antoine de Lavoisier indicó en 1780 que la producción de calor puede ser calculada por el consumo de oxígeno de los animales. Naturalmente, el calor generado por los organismos vivos también puede ser medido por calorimetría directa, en la cual el organismo entero es colocado en el interior del calorímetro para hacer las mediciones.




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DILATACIÓN DE CUERPOS

Todos los cuerpos materiales (sólidos, líquidos y gaseosos) experimentan una dilatación de su volumen cuando aumenta su temperatura interna. Dependiendo de la sustancia, cada una posee diferente comportamiento, el cual se registra con un coeficiente de dilatación específico para cada material. A excepción de los gases, se presentan tres tipos de dilatación para cuerpos sólidos y líquidos:

Es la distribución de probabilidad más utilizada. La función normal de densidad de probabilidad tiene la forma de “campana” familiar simétrica.

La curva se centra en el valor promedio µ y su dispersión se mide con la varianza σ2. Estos dos parámetros, determinan la forma y ubicación de la función normal de densidad, cuya forma es:

LF: Longitud final

LO: Longitud Inicial

TF: Temperatura finalTO: Temperatura inicial




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DILATACION VOLUMETRICA

Es el incremento del volumen (Tercera Dimensión) de un cuerpo en forma de un sólido geométrico por su aumento interno de temperatura. Se llama Coeficiente de Dilatación Cúbico (KC) al incremento del volumen que experimenta la unidad de volumen al aumentar su temperatura en 1°C.

El coeficiente de dilatación cúbico KC es igual al triple del coeficiente de dilatación lineal del mismo material, o sea:

KC = 3 * K

Formula de Dilatación Volumétrica

La dilatación cubica es: V=Vo(1+β∆T)

V=volumenVo=volumen inicialβ=coeficiente de dilatación cubica∆T=variación de temperatura (temperatura final menos temperatura inicial).




http://4.bp.blogspot.com/-AfYpSvkOqqI/ToHU-z7rgoI/AAAAAAAAAAM/-pydNbVVDgA/s1600/images.jpg

https://sites.google.com/a/colegiocisneros.edu.co/fisica10y11/home/termodinamica/dilatacion-de-cuerpos/Termo_03_09.JPG?attredirects=0

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DATOS PRINCIPALES

Unidades de estudio:o Polivinil Butiral (PVB).o Cristal templado.o Temperaturao Presión (bar).o Hornos (cámaras aisladas).




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PROCESO DE FABRICACIÓN (CRISTAL TEMPLADO)

En el proceso de templado el vidrio se calienta a 620º C para de manera inmediata enfriarlo rápidamente mediante un ventilador de aire. Este tratamiento térmico genera unas tensiones en el vidrio que le confieren propiedades de alta resistencia al impacto o a posibles roturas térmicas.En caso de rotura, la forma en la que rompe el vidrio templado es en pequeños fragmentos, lo que reduce el riesgo de daños. Este proceso de templado no cambia las propiedades espectrofotométricas del vidrio.En ocasiones, en el vidrio templado puede producirse una rotura espontánea debido a las inclusiones de sulfatos de niquel. Para prevenirlas, se realiza el “Heat Soak Test”, un test que simula las condiciones de temperatura a la cual el vidrio rompería por este motivo. El vidrio termoendurecido se fabrica mediante un proceso similar al del vidrio templado. En ambos casos el proceso de enfriamiento se lleva a cabo de forma gradual y controlada.

El vidrio termoendurecido por calor no se clasifica como vidrio de seguridad ya que posee un patrón de rotura similar al del vidrio recocido (“float” tradicional). Su uso es adecuado en aplicaciones sujetas a tensiones térmicas, pero que no exijan requisitos de seguridad. También es apropiado para usos que están sometidos a esfuerzos mecánicos mayores que los que soporta el vidrio recocido, y menores que los que soporta un vidrio templado.




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PROCESO 1: CORTE DE PIEZAS

El vidrio, en PLF, Plateau Longueur Fabrication, se corta según las dimensiones requeridas.

PROCESO 2: MECANIZADO

El vidrio templado se suele utilizar en aplicaciones en las que el vidrio va a soportar un alto esfuerzo mecánico (por ejemplo en puertas, paneles laterales…).La manufactura de los cantos del vidrio, los taladros, las muescas etc, se lleva a cabo antes del proceso de templado, dado que después de éste no se puede realizar.




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PROCESO 3: LIMPIEZA

Cada panel se limpia cuidadosamente bajo condiciones controladas para asegurar que ninguna impureza altera la superficie del vidrio.

PROCESO 4: TRATAMIENTO TÉRMICO

Una vez que el vidrio es cortado a medida, manufacturado y limpiado, se calienta en un horno hasta una temperatura de 620ºC, justo por encima del punto de fusión de este material.




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PROCESO 5: TEMPLADO

El vidrio es enfriado bruscamente por medio de un flujo de turbinas de aire que hacen que se contraiga la superficie. El núcleo interno del vidrio tarda más tiempo en enfriarse, lo que da lugar a tensiones de tracción permanente. La superficie adquiere la rigidez antes que en las capas internas que aún se encuentran en estado plástico, de este modo la superficie del vidrio queda sometida a fuerzas de compresión. Este proceso confiere al material resistencias mecánicas y térmicas muy superiores a las que tiene un vidrio sin templar.




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PROCESO DE FABRICACIÓN (CRISTAL LAMINADO)

El vidrio SGG STADIP® laminado se compone de 2 o más hojas de vidrio y lámina/s intermedia/s. Esta lamina intermedia de polivinilo butiral (PVB) puede tener características de diseño o control acústico. Asimismo se puede elegir el color de la composición. Todo esto se une en un proceso físico que mezcla calor y presión. El espesor estándar de una capa intermedia de butiral es de 0,38mm, aunque se pueden utilizar otros. Una vez sellado el vidrio laminado se comporta como una unidad. El vidrio “float”, termoendurecido o templado puede ser utilizado individualmente o como componente del vidrio laminar.




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PROCESO 1: PREPARACIÓN

El vidrio laminado se puede producir, bien en dimensiones estándar o bien en medida fija según las especificaciones del cliente.

PROCESO 2: LIMPIEZA

Cada vidrio se limpia cuidadosamente bajo condiciones controladas para asegurar que ninguna impureza altere su superficie.




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PROCESO 3: LAMINADO

El vidrio y el Polivinil Butiral se unen en una sala especial (sala blanca) con condiciones de limpieza, humedad y temperatura controladas.El número y espesor de cada componente se puede variar para elaborar un producto final con diversas características que resuelvan requisitos específicos de seguridad y estética.

PROCESO 4: CALANDRADO

El sándwich de vidrio más PVB se introduce en la calandra donde se calienta el vidrio aproximadamente a 80ºC (punto de fusión del PVB). Posteriormente se elimina el aire restante entre los paneles y se realiza el primer sellado.El aspecto visual de la capa intermedia de PVB cambia de traslucido a semi-transparente.




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PROCESO 5: AUTOCLAVE

Para lograr una perfecta adhesión entre el vidrio y las capas intermedias, los materiales se introducen en una autoclave. Esto permite la unión final de las unidades de vidrio bajo condiciones controladas de temperatura y presión, este proceso genera que el PVB varié en dimensiones a nivel área, generando un desperdicio en los bordes del cristal.




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CALCULO DE CALORIMETRÍA EN EL PROCESO DE TEMPLADO

Datos:

Volumen vidrio = 3000cm³ 0.003 m³ m = 7.5 ρ = 2500 Kg/m³ Cs = 9 X 10-6 0.20 cal/g°C Cs = 200 cal/Kg°C

Inyección De Calor

Ti = 20°C 293K Tf = 620°C 893 K

Qs = 7.5 x 200 x (893-293)

Qs = 900000 cal 900 K cal

Extracción De Calor

Ti =620°C Tf = 69°C

Qs = 7.5 x 200 x (69-620)

Qs = -826500 cal -826.5 K cal




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CALCULO DE CALORIMETRÍA EN EL PROCESO DE LAMINADO

Datos:

Volumen PVB = 3356.64 Cm³ M = 3574.82 g 3.6 Kg ρ = 1.065 g/cm³ Cs = 1.85 x 10³ J/Kg.K m = 200 cal/Kg°C

Laminado

Ti = 293°C Tf = 343°C

Qs = 3.6 x 1.85 x 10³ x (343 - 293)

Qs = 3.6 x 1.85 x 10³ x (50)

Qs = 333 x 10³ J




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Autoclave

Ti = 70°C 343 K Tf = 142.5°C 415.5 K

Qs = 3.6 x 1.85 x 10³ x (415.5 - 343)

Qs = 3.6 x 1.85 x 10³ x (72.5)

Qs = 482.85 x 10³ J

Enfriamiento

Ti = 142.5°C 415.5 K Tf = 40 °C 413 K

Qs = 3.6 x 1.85 x 10³ x (313 - 415)

Qs = 3.6 x 1.85 x 10³ x (-102)

Qs = -679.32 J




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CALCULO DE EXPANSIÓN VOLUMÉTRICA DEL PVB

Datos:

Vinicial = 3356.64 Cm³ Vfinal = 2013.98 Cm³ 3a = Ti = 70°C Tf = 142.5°C

V-Vo = 3aVo(T2-T1)

Dónde:

V-Vo = incremento de volumen 3a = coeficiente de expansión volumétrica Vo = volumen inicial (antes de la dilatación) T2-T1 = incremento de temperatura

V-Vo = 3aVo(T2-T1)

V-Vo = 7.3x10-5 x 2013.98 (142.5 - 70)

V-Vo = 7.3x10-5 x 2013.98 (72.5)

V-Vo = 1.77x10^11

V-Vo = 10.66cm3




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CONCLUCIONES

La aportación fundamental de este trabajo es poner en manifiesto la importancia de la física en los procesos de la industria

Esto, ha demostrado que como futuros ingenieros, debemos tener siempre presente el análisis mediante cálculos.

Laminado.

Las láminas de PVB presentan dilatación constante con el cambio de temperatura

RECOMENDACIONES

El crecimiento continuo de una empresa es una satisfacción muy grande para los clientes y las personas que laboramos en ella. A esto se llega con la búsqueda de todo aquello que evita seguir adelante e implementando las mejoras para cada una de ellas.

Aplicando el estudio realizado actualmente y llegando a concretar las alternativas propuestas de solución, Reducir el volumen de láminas de PVB para educir el porcentaje de merma.

BIBLIOGRAFÍA PAGINAS WEB

o http://www.revista-mm.com/ediciones/rev77/insumos_vidrio.pdf

o http://www.sggs.com/la_veneciana/Informacion%20sobre%20productos/ Procesos%20de%20Transformacion/Templado/proceso_de_transformacion.asp

o http://www.fodonto.uncu.edu.ar/upload/calorimetria.pdf o http://www.empresaselmorro.com/aporte.html o http://www.pilkington.com/assetmanager_ws/fileserver.aspx?

cmd=get_file&file_id=431&digest=M7LSG0sxWSfyeXncuS2qQQ==&ct=pdf




http://www.pilkington.com/assetmanager_ws/fileserver.aspx?cmd=get_file&file_id=431&digest=M7LSG0sxWSfyeXncuS2qQQ==&ct=pdf

http://www.pilkington.com/assetmanager_ws/fileserver.aspx?cmd=get_file&file_id=431&digest=M7LSG0sxWSfyeXncuS2qQQ==&ct=pdf

http://www.empresaselmorro.com/aporte.html

http://www.fodonto.uncu.edu.ar/upload/calorimetria.pdf

http://www.sggs.com/la_veneciana/Informacion%20sobre%20productos/Procesos%20de%20Transformacion/Templado/proceso_de_transformacion.asp

http://www.sggs.com/la_veneciana/Informacion%20sobre%20productos/Procesos%20de%20Transformacion/Templado/proceso_de_transformacion.asp

http://www.revista-mm.com/ediciones/rev77/insumos_vidrio.pdf

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SOFTWARE

o Microsoft Word

o APP EASE

Contenido




FISICA II

INTRODUCCIÓN.......................................................................................................................3

LA EMPRESA................................................................................................................................4

ANÁLISIS DE DESPERDICIO DE MATERIALES EN EL PROCESO DE LAMINADO DE CRISTALES........5

(CÁLCULO DE VARIACIÓN DE VOLUMEN Y DILATACIÓN).............................................................5

CASO DE ESTUDIO....................................................................................................................5

PROBLEMÁTICA............................................................................................................................6

OBJETIVOS................................................................................................................................6

Objetivo General..................................................................................................................6

Objetivos Específicos............................................................................................................6

FUNDAMENTO TEÓRICO.............................................................................................................7

CALORIMETRIA.....................................................................................................................7

DILATACIÓN DE CUERPOS....................................................................................................8

DILATACION VOLUMETRICA.....................................................................................................9

Formula de Dilatación Volumétrica.................................................................................9

DATOS PRINCIPALES...............................................................................................................10

Unidades de estudio:..........................................................................................................10

PROCESO DE FABRICACIÓN (CRISTAL TEMPLADO)...................................................................11

PROCESO 1: CORTE DE PIEZAS................................................................................................12

PROCESO 2: MECANIZADO.....................................................................................................12

PROCESO 3: LIMPIEZA............................................................................................................13

PROCESO 4: TRATAMIENTO TÉRMICO....................................................................................13

PROCESO 5: TEMPLADO.........................................................................................................14

PROCESO DE FABRICACIÓN (CRISTAL LAMINADO)...................................................................15

PROCESO 1: PREPARACIÓN....................................................................................................16

PROCESO 2: LIMPIEZA............................................................................................................16

PROCESO 3: LAMINADO.........................................................................................................17

PROCESO 4: CALANDRADO.....................................................................................................17

PROCESO 5: AUTOCLAVE........................................................................................................18

CALCULO DE CALORIMETRÍA EN EL PROCESO DE TEMPLADO....................................................19

Inyección De Calor..................................................................................................................19

Extracción De Calor................................................................................................................19

CALCULO DE CALORIMETRÍA EN EL PROCESO DE LAMINADO....................................................20




FISICA II

Laminado................................................................................................................................20

Autoclave...............................................................................................................................21

Enfriamiento...........................................................................................................................21

CALCULO DE EXPANSIÓN VOLUMÉTRICA DEL PVB.....................................................................22

CONCLUCIONES..........................................................................................................................23

RECOMENDACIONES..................................................................................................................23

BIBLIOGRAFÍA.............................................................................................................................23




Examen Final - Fisica II

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